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倾斜摄影微课堂 - 人工智能实景三维建模的数据采集、 生产、以及应用平台全流程解决方案

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导语:  

主题: 

Altizure 2.0 — 人工智能实景三维建模的数据采集, 生产,以及应用平台全流程解决方案

内容提要:

Altizure 融合了人工智能深度机器学习和计算计视觉对图片的识别与重建,不仅在在规模,效率和精度上都有最卓越的表现。还为专业用户提供了丰富的工具和开发平台。 在此次分享中,我们重点介绍最新的数据采集,生产,以及应用平台。并和大家分享相关成功案例。

分享嘉宾:

权龙教授、方天博士、申天纬博士、黎世伟博士。


在过去一两年里计算机视觉的变化是非常大的,因此在过去的一年中 Altizure 的很多模块都是经过了重新编写完成的,一部分已经体现在了我们的产品上。


此次的分享主要分为三个方面:数据采集、数据生产、数据应用。


数据采集


Altizure App 手机数据采集平台,可以将采集、管理与发布统一到一起,拍摄完成的照片可以直接通过手机端一键上传至 Altizure 云平台。




我们的 App 不再只是控制 DJI 无人机的数据采集工具,现在的版本已经把采集、上传、浏览功能全部集成到一个 App 上。在采集方面,App 除了可以像以前一样控制 DJI 无人机的飞行,也可以帮助用户自动通过手机摄像头拍摄小物体的照片做建模(即将公布)。


数据生产


数据生产的流程除了包括主要的“空三”和“三维模型重建”以外,今年我们还在重建引擎中引入了基于深度学习的匹配、点云计算和识别的功能,提高重建的鲁棒性。



数据的生成流程当中,最重要的一步就是空三了。我们可以很有自信的说,目前市场上,我们的空三是最强大的。我们空三可以处理百万级的图像数据,是完全自动化和并行化的。



传统的图像匹配难以处理大视角变化、大尺度变化、缺乏纹理或纹理有重复性的图像。得益于Altizure 平台的大量倾斜摄影数据,我们用深度学习的方法训练出新的图像匹配算法,该算法能够通过以往匹配成功和失败的案例训练,具有更高层的语义信息,大大提升了匹配的准确度和鲁棒性。



深度学习在速度上和精度上都极大地提高了我们产品的鲁棒性。从一些对比的实验中可以看到深度学习的技术采用之后重建效果有明显提升。


分布式大规模的空三算法,作为 Altizure 今年新引入的空三算法,相较于传统空三算法,大大加强了我们的数据处理能力。



传统空三算法,使用64G内存的单机大约只能一次性处理2万张照片左右的空三计算,处理特大项目时往往需要把项目分为子项目后再拼合,经常会出现拼合的接缝不一致问题。新引入的分布式空三可以多台机器上一次性计算特大项目(10万张照片以上)的空三,所有的相机都注册在同一个坐标系下,最后生成的模型不存在拼合的问题。



分布式空三有两个核心问题,“分解”和“合并”。如果仅靠 pose 把图像分开进行分块空三,并不是分布式,这样会导致分块计算的空三姿态无法精准拼合在一起,在后续无法生成无接缝模型。在这里,我们用多台机器联合对一个单机无法容下的超大规模空三进行光束匀差,解决了分布式中最关键的“合并”的问题。




控制点功能功能


今年,我们也在 Altizure 的网页端开放了地面控制点的功能。地面控制点将重建坐标和物理世界坐标对其,有助于提高重建的精度。


控制点操作教程:

https://site.altizure.cn/support/articles/faq_gcp




最新开发的基于深度学习的点云优化

我们不仅在图像匹配上进行了技术革新,在点云优化方面也加入了深度学习技术,大大提高了精确度和效率,以上是前后两个版本的一些对比图。精准的点云可以进一步提高网格模型的精细程度。



LOD 网格优化和纹理部分



过滤算法

今年,我们在纹理贴图方面引入了过滤算法,可以自动把场景中出现的动态物体(如行人,车辆)过滤掉。



上图可以看到马路的车辆被干净地过滤掉,下图中运动场跑步的学生也被过滤了。



上图是一个更加明显的对比。传统的贴图方法容易把行人贴在地面,引入过滤的方法可以有效地把大部分行人过滤干净。


即将上线的“模型融合比对“功能


工地的进度跟踪是倾斜摄影三维建模的一个常见的案例,一般会对同一个地方在不同时期进行三维建模,然后对比模型之间的差异展现出施工进度。



我们开发的模型融合功能,可以自动地把不同时期的模型通过密集点云的匹配而融合在一起对比,可以更有效地展现出模型之间的差异。


除此之外,这项功能也可以融合临近并且有重叠度的区域,可以分次完成对一个大面积区域的分块式重建。


基于深度学习的物体分割、识别和单体化功能

我们正在研发的的基于深度学习的物体分割、识别和单体化功能,先看一个案例,下图是对法国某个城市三维重建的全自动物体分割。相同颜色代表了几何信息接近的一个区块。



在进行“物体分割”后,可以计算出模型不同区块的语义分类,包含路面、建筑、植被、河流等。


下图是一个城市级别的自动单体化案例,同一颜色的楼房代表一栋建筑。




Altizure 网页端的非破坏性后期处理工具


裁剪工具

裁剪工具可以把模型外围做得不好的区域裁剪,保留和展现最佳模型区域。该裁剪是无损的,可以撤销。



水面工具

水面工具可以为模型添加生动的水面效果,可以调节水面高度、波幅、透明度和颜色。水面工具可以配合裁剪工具一起使用,把重建得不好的水面裁掉,再人工添加上生动的水面。




下图是一个大规模三维重建的案例,是深圳龙岗区的全区三维重建,照片数量超过150万张。这是一个全局图,实际的细节模型更加精细。地面平均分辨率2-5cm不等。



数据应用


在 Altizure,除了可以使用全球领先的二维图像到三维模型的自动建模服务,但是这些生成的精美实景模型如何使用,一直是实景三维模型普及的一个痛点。为了打通实景三维模型的生产和应用,我们推出了 Altizure 开发平台及桌面版,方便客户实现结合自身的应用。



Altizure 开发平台封装了 Altizure 的图形引擎,方便用户根据自身的商业逻辑,轻松快速开发在线的三维应用。


下图是两个客户的实际案例,一个是城市公共设施管理平台,另一个是旅游景区监控调度系统。



在线开发和在线部署极大简化了数据部署和数据分发的难度,开发成果直接在线发布,支持跨平台和跨设备浏览和操作。



Altizure 开发平台支持的语言是 JavaScript 和 html,学习门槛低。让没有 3D 图形学知识的前端开发人员可以快速上手进行开发。


SDK 中调用的 Altizure 引擎提供强大的系统资源管理能力,TB 级的三维城市也可以轻松通过互联网传输和浏览。原生支持基于 web 的开发,让开发的应用轻松实现跨平台访问和使用。


下图是一些客户案例。包括古城保护方案展示,实现了实景模型和人工建模模型融合,消防应急平台中进行消防演练,厂区综合管理平台,实现危险品的可视化管理,还有实景礼佛。



使用 SDK 轻松实现不同时段工地状况的对比和检视。这些实际案例,客户在已有业务逻辑的基础上,最快2天,最长2周就能初步完成传统二维到全新实景三维的技术转移。



Altizure 离线格式转换器


为满足不同用户对模型文件的格式需求,Altizure 团队开发离线格式转换器。通过 Altizure 格式转换器,用户能快速流畅地将下载的模型文件,转换成自己所需的格式。


离线格式转换器使用教程:

https://site.altizure.cn/support/articles/format_conversion




下面为大家整理了一些用户的提问:


问:相机重建(SFM)之后添加控制点会自动选取可能出现控制点的照片么,否则人工选取控制点照片工作量太大。

答:刺点工具可以根据空三的结果和三维场景中放置的控制点快速提示预估控制点的位置。通过网页端,可以多人协同同时对一个大项目进行刺点工作,工作效率大大提高。通过上传特定格式的控制点坐标信息文件,可以一键导入所有控制点。


问:生成的三维模有那些格式

答:生成模型为 obj 格式。可以配合我们的桌面版浏览器转换成为 kml, osgb,dae,geotiff,dsm 等格式。更多格式的转换器会逐步发布。


问:altizure 空三最多可以跑多少张片子?

答:我们目前最大的分布式空三项目是150万张图像。


问:altizue 数据采集可非矩阵吗,例如带状。

答:我们的 app 开发也收到不少这样的需求,我们会在后期逐步完善这些功能。现在您可以通过分段画出狭长测区来解决。


问:如果一组数据其中有 pos 的是一部分,无pos 的是一部分,在不加入控制点的情况altizure 是否可以能使模型不出问题?

答:没问题的,一部分有 pos,另一部分没有 pos 是完全没问题的,其实我们现在基本上所有的数据都是没有 pos 的,因为我们本身是不需要 pos 的。 


问:没有 pos,精度能做到多少?

答:当然没有 pos 是没有绝对精度的,一般的绝对精度是从 GPS 里面估出来的。而相对精度是由像素的多少来决定的。


问:建模精度是不是跟像素有直接关系,原理上是像素质量越大,模型精度越好,请问是否是这样?按照现在市场上现有的相机有效像素,多少像素才是最佳建模素材呢?

答:像素的多少是决定的相对精度,但外面的绝对精度是取决于 GPS 或者控制点。像素没有一个最佳值,只有最好没有更好。建模精度和像素有直接关系。除此之外,相机镜头的畸变和 vignette 越小,重建的效果也会越好。



最后,感谢红鹏的徐总给我们提供这样一个分享交流的平台。希望全国倾斜摄影的朋友们多多支持,有了你们的支持,才会让我们有更多的动力去开发新的功能。


Altizure 是一个航拍三维建模的全球性社区。世界各地的无人机爱好者和行业专业用户在这里创建、分享和使用他们的三维场景。让三维给你带来无限可能。

Altizure App 是一个控制大疆无人机自动飞行拍摄相片的手机应用,拍摄的路径和角度专为航拍三维而设,一键式傻瓜操作,航拍三维零门槛。

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点击“阅读原文”进入 Altizure.cn

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